素人の考える素敵なボトムブラケット

まくらん＠ジュリアぺろ班 @Ishill

高松空港だん。なんだかずっと圧入BBとネジ式BBについて考えていた。圧入BBも問題あるけど、シマノの「ボルト頭にせんだん力かけ続ける」方式もベストではないよぬ、とか。軸受間隔と取付穴径の2変数を調整できるBBは実現不可能だろうか？

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いまさらのお話になっちゃって、旬もずいぶん過ぎちゃったけど自転車走りながら考えてたことをメモしておく。別に私が剛性ほしいっていう話じゃないけど、思考実験として。

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まとまるかなあ

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まず、今あるシマノのホローテックIIと圧入BBについて。ホローテックはネジで軸力を発生させてフレームの端面にベアリングケースを押し付ける方法。圧入式はベアリング自体をフレームに押し込む方法。（図１） pic.twitter.com/Wz1wDTuKKT

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（図２）ペダリングすると、まずベアリングに力が伝達され、次にベアリングケース、そしてフレーム。この時フレームから見ると端面からベアリングケースの距離によりモーメントが発生（ただし半径ｒは数mm）　このモーメントは密着している端面で受けとめる。垂直力はネジで受ける。#素人BB談義

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まず、シマノのネジ式、ホローテックを見る。ネジで軸力を発生させて端面とベアリングケースを密着させる。この方式の利点は脱着が容易であること、フレームへのダメージが少ない事がある。（図２）　#素人BB談義 pic.twitter.com/apb4Zc7zH0

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（図２）では、この方式は最も優れた形かという疑問をもったとする。ラジアル荷重をネジで受け止めるため、フレーム側ネジへのダメージはゼロではない。特にアルミネジでは、必ず塑性変形が伴う。本来であれば、ネジで剪断力を受け持つのは推奨されない。応力集中を受けやすいから。　#素人BB談義

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通常の機械では、ネジは締結力のみを発揮し、剪断力に対しては被締結材同志の摩擦力やピンなどの剪断力を受ける専門の部品や形状を設けるのが推奨される。この点、シマノBBは無視している。が、無視することで生産性や整備性を獲得している、素晴らしい方式でもある。　#素人BB談義

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だからシマノBBは現時点の製品の中では、理想的ではないにせよ最も良い評価を得ている方式である。しかし、では理想的な構造とはどうか。以下、残念ながら「現時点での各種BB規格の寸法内に収まるか否か」は完全に無視する。　#素人BB談義

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ここで図１に戻る。理想的なベアリング配置は、ペダリングによって生じる踏力と、フレームからの反力が同軸上にある形状である。ラジアル荷重を受けるベアリングの理想的配置であり、キャノンデールが「BB30は高剛性」と主張する要因であるとも思える。　#素人BB談義

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しかし去年ぐらいから「BB30よりもネジ式のほうが剛性が高い」というメーカが現れ、圧入式を廃止する例も存在する。これはおそらくBBを収める部分の精度や、材料の強度、使用に伴い永久変形を起こしてしまったなどの問題があるのではないか。　#素人BB談義

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あ、これ全部素人の妄想ですんで、真に受けないように。　#素人BB談義

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BB30の場合、金属ベアリングを押し込むので寸法精度がそのままベアリングを拘束する力を決定するので剛性を上げるならば嵌め合い交差をきつくする。しかしその場合回転抵抗が増えるのである程度のところで妥協せざるを得ない。　#素人BB談義

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本来であれば、ベアリングを収める金属ケースがあり、この金属ケースの直径を変化させることでベアリングの拘束力を変化させたり、フレームへの固定力を調整できるのが好ましいシステムであると考える。　#素人BB談義 pic.twitter.com/kCjrLeeLQR

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ただし軽量化や値段などの面で妥協し、樹脂の柔軟性を利用して固定しているのがBB86である。樹脂ケースにベアリングを格納し同じく樹脂製のBBケースに押しこむので攻撃性も低い。しかしながら、さらなる高剛性を求めるのであれば弾性体である樹脂を挟むのは好ましくない。　#素人BB談義

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（先の図を図３，今回のものを図4とします）高剛性を求めるなら金属ケースにベアリングを収め、金属シャフトからの力を、金属（セラミック）のベアリングで受け、金属のベアリングケースでフレームに、広い面積で伝達するのが良い。#素人BB談義 pic.twitter.com/RTCbbogvWz

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（図４）直径の広がる魔法のリングにベアリングを入れられるなら最高であるが、見当たらないため近似の形状を用いる。金属のリングにスリットを入れ、弾性を増す。このリングの爪を広げることで固定する。剛性を考えるならフレーム外側に爪の先をもってくる「外開き」が良い。　#素人BB談義

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（図４）今のところの話は、今のネジきり式が持つ脱着の容易さを持ち、圧入式の剛性を持ち、フレームのBB穴がすこし広がっても調整で使えるようになるシステムはできないかな、というのを目標んしています　#素人BB談義

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もうすぐ終わる

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BBの片方だけを考える。例としてBB86っぽいフレームを持ち出す。フレーム側には内側がテーパーになり、なおかつスリットの設けられたリングを差し込み、ベアリングは、外側がテーパになったコーン体に固定されているとする。図5）#素人BB談義 pic.twitter.com/I991k8sJ3v

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（図５）ベアリングコーンを押し込んでいくと、テーパーリングを押し広げていってフレームのBB穴に押し付けられることになる。押し込み具合によってテーパーリングの広がりが変わるため、BB穴が傷んだとしても調整はベアリングコーンの押し込み具合で調整できる。　#素人BB談義

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なにやら嫌な予感がする。

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（図５）ベアリングからフレームの間には金属しか無いため、樹脂に比べたら剛性は上がるのではないかと想像する。ここもコーンの押し込み具合で剛性の調整ができるかもしれない。ここは既に妄想の域に入っている。実証は何もされていない。#素人BB談義

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気を取り直す。ではベアリングコーンの奥にネジを切り、スリーブを介して左右のベアリングを連結する。連結するのが目的ではなく、軸力を発生させることが目的である。これでベアリングを押し込み、固定力を発揮させるBBはできないか　#素人BB談義 pic.twitter.com/i8vnNSnzWd

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（図６）これでフレームBB穴が摩耗しても調整で固定でき、音鳴りの少ない、高剛性のBBシステムができるのではないかということを、考えていた　…のだが、「もう既にそれ、あるよ」的なツッコミが先ほど見えた気がしたのだけれども、とりあえず書き終えることを優先した。ごめん。　#素人BB談義